毛穆之果敢坚毅,很有其父
毛宝的风范,最初担任安西将军
庾翼的
参军。
咸康五年(339年),毛穆之的父亲毛宝阵亡,毛穆之继承父亲州陵县开国侯的爵位。
建元二年(344年)十一月,
车骑将军、江州刺史
庾冰病逝,庾冰之弟庾翼接管其部众。庾翼因家事国事难以兼顾,于是留下儿子庾方之担任
建武将军,代替他镇守
襄阳。由于庾方之年轻,庾翼担心他不能胜任该职,于是挑选可以信赖的将领辅佐他,便挑选毛穆之担任建武将军司马,辅佐庾方之。
庾翼自己返回
夏口镇守。
永和元年(345年)七月,庾翼病逝,庾翼的部将干瓒、戴羲等人作乱,杀害冠军将军
曹据。毛穆之与安西长史
江虨、司马
朱焘、将军袁真等人共同诛杀干瓒等人,平定叛乱。同年八月,徐州刺史
桓温接替庾翼,担任安西将军、荆州刺史等职务,桓温复以毛穆之担任其参军。
永和三年(347年),毛穆之跟随桓温消灭
成汉政权,因其功劳朝廷赐封他的次子为都乡侯。不久,升任
扬武将军(一作
扬威将军)、颖川太守。
永和十二年(356年),毛穆之跟随
桓温北伐后秦,收复
洛阳(今河南洛阳),进入关中地区。桓温上表朝廷请求任命镇西将军
谢尚为都督司州诸军事,镇守洛阳。桓温准备撤军时,因为谢尚还未到达,就留下毛穆之与督护
陈午、河南太守戴施率领二千人的兵力戍守洛阳,保卫皇陵。
升平四年(360年),桓温受封南郡公,朝廷因毛穆之受封的州陵县隶属
南郡,于是改封毛穆之为建安侯,并担任桓温的太尉参军,加任
冠军将军,把招募的士兵配给他。
太和四年(369年),桓温北伐
前燕,派毛穆之监督开凿河道一百多里,成功引
汶水让
桓温水军进入黄河。同年,桓温烧船撤退,任命毛穆之为督东燕四郡军事,兼任东燕太守,原官如旧。同年,
豫州刺史袁真在
寿春叛乱,投降
前燕,桓温将要前往征讨。毛穆之以
冠军将军之职兼任淮南太守,镇守
历阳。
太和六年(371年),桓温攻陷寿春,平定
袁真叛乱,袁真余党逃散,桓温于是任命毛穆之为督扬州之江西军事,兼任陈郡太守,以作安抚。
晋简文帝即位后,调任毛穆之为督扬州之义成、荆州五郡、
雍州之
京兆七郡军事,襄阳、义成、河南三郡太守,将军如旧。毛穆之与其弟
毛安之都是
晋简文帝亲信。不久,进升兼任
梁州刺史。但不久便因病解职,后以
冠军将军身份召回京城。
太元三年(378年),前秦将领
彭超进攻
彭城,毛穆之以将军身份为假节、监江北军事,镇守广陵。后升任右将军、
宣城内史、假节,镇守姑孰。毛穆之认为驻防地靠近京都,不再有军事警报,不应当加节,上疏辞让,朝廷同意。
太元四年(379年),兖州刺史
谢玄率兵救援彭城,成功令留守彭城的沛郡太守戴逯安全撤出彭城,然而彭城最终被
前秦攻占。毛穆之在谢玄出兵后,奉诏接受荆州刺史
桓冲节度。
桓冲派毛穆之在
沔水中游流动作战,以支援被围困在襄阳的
朱序。同月,襄阳陷落,
朱序被秦军俘虏。毛穆之于是率领三万兵进攻巴郡,派赵福、袁虞率水军沿江西上,以图救援被围困在魏兴的
吉挹,但赵福等人被秦军击败,毛穆之退屯巴东郡,而魏兴后亦被秦军攻陷。不久,毛穆之病逝,朝廷追赠他为
中军将军,谥号烈。